一种超细金属纤维的制备方法及其制备的超细金属纤维技术

本发明专利技术提供了一种超细金属纤维的制备方法及其制备的超细金属纤维。所述制备方法是将熔点不低于聚合物树脂熔点或软化温度的金属粉末填充到聚合物树脂中，当共混物通过挤出机挤出经过挤出机口模时直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属纤维的聚合物/金属复合纤维；在制备过程中，由于聚合物和金属之间的作用等因素而使得金属粉末原位延展形成超细金属纤维。之后再将复合纤维中的聚合物基体溶解掉，即可分离出其中的超细金属纤维。所述制备方法步骤简单，成本低，其所制得的超细金属纤维的直径可调。在超细金属纤维的制备过程中，金属始终包裹在聚合物中，免于受到外界环境的氧化和腐蚀。

【技术实现步骤摘要】
一种超细金属纤维的制备方法及其制备的超细金属纤维
本专利技术涉及了一种超细金属纤维的制备方法，进一步讲，是涉及一种通过将金属粉末与聚合物熔融共混后直接拉伸成纤而原位制备超细金属纤维的方法及其制备的超细金属纤维。
技术介绍
金属纤维是近几十年发展起来的新型工业材料，早在上世纪20年代，工业发达国家就开始对金属纤维进行研究。其中1936年公开了一项美国专利（US2050298），该专利介绍了一种采用集束拉丝法生产金属纤维的方法。30多年后，采用这种方法生产的微米级纤维才作为商品开始在市场上销售。由于金属纤维具有如良好的导电和导热性、耐磨性以及强度高、弹性模量高等诸多传统有机和无机纤维所不具备的优点，而且金属纤维阵列在形貌结构及电磁性能等方面具有各向异性，因此其在吸波材料、高密度磁记录材料、高质量的微电子元器件或电路、医学、生化传感器等众多领域具有良好的应用前景，可以被广泛应用于纺织、航天航空、石油化工、电子机械、医药、食品、环保等诸多行业，是许多民用工业和国防工业领域必需的关键材料。为了满足工业迅速发展的需要，20世纪70年代后期发达国家开始投入大量人力物力研究金属纤维的制造方法及其制品。我国在20世纪80年代中期也成功地研制出了不锈钢纤维，随后金属纤维的品种也不断增多并逐渐得到了广泛的应用。目前，对金属纤维的开发和应用研究已经成为现代材料科学的一个重要领域。传统的金属纤维的制备方法主要有四种：熔抽法（G.Lotze,G.Stephani,W.H.Fieldler.Fundamentalsoffibreformationduringmeltextraction.[J]MaterialsScienceandEngineeringA.1991,133(3):680-683.）线材拉拔法（包括单丝和集束丝拉伸）、机械切削法（NakagawaT.,SuzukiK.,UematsuT.,KoyamaH..Productionoffineshortlengthmetalfibersusingself-excitedvibrationofanelastictool.[J]JPNSocPrecisEng(1981)47:1399–1405）须晶及粘结涂覆法（陈衍夏,肖红艳,施亦东,李征然,张芳.金属纤维材料的改性及应用新进展[J]产业用纺织品,2010(10):1-7）。其中，熔抽法是将金属加热至熔融状态，然后通过一定的装置将熔液喷出或甩出，从而形成金属纤维，采用这种方法既可制备金属短纤维又可制备金属长纤维，其中采用玻璃包覆熔纺法生产的金属纤维的直径最小可以达到1μm；单丝拉拔法是将单根金属线经过多模连续拉拔制得，制备出的金属纤维直径均匀，连续性好，但成本高，生产周期长，不能生产细纤维；集束拉拔法是将几十甚至上万根金属线包覆在圆管中进行拉拔，使多根线在拉伸过程中同时变细，待金属纤维拉伸至所需直径时剥去包覆管，把金属纤维分离出来，这种方法提高了生产效率，降低了成本，但制备工艺复杂，拉拔、热处理过程中的任何参数变化都对纤维质量产生影响，使其性能发生变化，主要用于不锈钢纤维的生产。此外，采用这种方法可生产比单丝拉拔法更细的纤维，最小直径可达0.5μm，但这样的单纤维很难再从丝束中分离出来。机械切削法是采用刀具将固态金属切削成纤维屑，该方法的工艺简单，生产周期短，成本低，但是主要用来生产金属短纤维，纤维截面不均匀且表面粗糙，很难得到直径在10μm以下的超细金属纤维。须晶及粘结涂覆法目前还处于研究阶段，产业化程度不高。虽然采用传统方法不仅可以生产许多不同种类的金属长纤维，而且通过调节工艺条件可以控制纤维直径，但是采用这些方法生产金属纤维也存在着工艺条件复杂、成本高、能耗高、金属纤维易氧化、直径较大等缺点。尽管采用熔抽法可以制备出最小直径达到0.5μm的金属纤维，但由于很难将金属纤维从丝束中分离出来，因此，目前商品化的金属纤维的最小直径仅能达到1～2μm，且金属纤维的直径越小，工艺越复杂，生产成本越高。
技术实现思路
：为了简化金属纤维的制备工艺，进一步细化金属纤维直径，减少能耗及污染，同时防止制备过程中的金属纤维暴露在空气中被氧化，提出了本专利技术。本专利技术的目的在于提供一种超细金属纤维的制备方法。本专利技术的制备方法是将金属粉末填充到聚合物树脂中，当共混物通过挤出机挤出，经过挤出机口模时直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属纤维的聚合物/金属复合纤维；在通过挤出机口模形成复合纤维的拉伸过程中，由于聚合物和金属之间的作用等因素使得金属粉末原位延展形成超细金属纤维。由此所得到的聚合物/金属复合纤维的微观形态为超细金属纤维作为分散相沿着复合纤维的轴向均匀分布在复合纤维的聚合物基体中，从而形成含有超细金属纤维的聚合物/金属复合纤维。再将聚合物/金属复合纤维中的聚合物基体溶解掉，即可分离出其中的超细金属纤维，从而得到超细金属纤维。具体来讲，本专利技术的超细金属纤维的制备方法包括以下步骤：步骤一：将金属粉末填充到聚合物树脂中，所得共混物通过挤出机挤出；从挤出机口模挤出时对共混物直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属纤维的聚合物/金属复合纤维；其中所述的金属粉末的熔点不低于聚合物熔点或软化温度。这样在填充等过程中，基本保持金属粉末不熔融，由此可便于在挤出拉伸时使金属粉末原位延展成纤维。此处所述的聚合物熔点或软化温度，是指聚合物受热开始熔融或软化的温度，对于结晶聚合物来讲，此温度称为聚合物熔点，对于非结晶聚合物来讲此温度就叫聚合物软化温度。步骤二：将上述所得到的聚合物/金属复合纤维在溶剂中溶解，将其中的聚合物树脂完全溶解之后分离得到所述超细金属纤维；所述溶剂为可溶解所述聚合物树脂的溶剂。进一步地，对本专利技术的超细金属纤维制备方法详述如下：有关本专利技术所述步骤一：其中金属粉末填充到聚合物树脂中时，按照聚合物树脂和金属粉末总的体积份数计算，其中所述的金属粉末的体积份数为小于或等于30%vol，优选为小于或等于15%vol，更优选小于或等于10%vol。步骤一中所述的聚合物树脂没有任何限制，可以为现有技术中各种聚合物树脂，优选热塑性聚合物树脂，更优选为聚乳酸、聚酰胺、聚酯、可熔融加工的聚乙烯醇中的至少一种。其中所述的聚酰胺包括现有技术中任何种类的聚酰胺，更优选尼龙6、尼龙66、尼龙11或尼龙12。所述的聚酯可以为现有技术中任何种类的聚酯，更优选聚对苯二甲酸乙二醇（PET）或聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）。现有技术中的聚乙烯醇由于分子链结构不同，可分为可以熔融加工和不可以熔融加工两部分。本专利技术所述的可熔融加工的聚乙烯醇，即为现有技术中可以通过熔融加工方式进行加工的聚乙烯醇。本专利技术所述的热塑性聚合物树脂最优选为可熔融加工的聚乙烯醇。其中所述金属粉末的金属为熔点在55～500℃的单组分金属和金属合金中的至少一种，其熔点优选为90～350℃，更优选为100～300℃，最优选为120～250℃。本专利技术所述的金属粉末的金属熔点不低于所使用的聚合物树脂熔点或软化温度，优选至少高于所述聚合物熔点或软化温度5℃，更优选至少高于所述聚合物熔点或软化温度10℃，更优选至少高于所述聚合物熔点或软化温度15℃。所述单组分金属优选为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素的单质金属；所述金属合金优选为镓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超细金属纤维的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将金属粉末填充到聚合物树脂中，所得共混物通过挤出机挤出；从挤出机口模挤出时对共混物直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属纤维的聚合物/金属复合纤维；其中所述的金属粉末的熔点不低于聚合物熔点或软化温度；步骤二：将上述所得到的聚合物/金属复合纤维在溶剂中溶解，将其中的聚合物树脂完全溶解之后分离得到所述超细金属纤维；所述溶剂为可溶解所述聚合物树脂的溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种超细金属纤维的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将金属粉末填充到聚合物树脂中，所得共混物通过挤出机挤出；从挤出机口模挤出时对共混物直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属纤维的聚合物/金属复合纤维；其中所述的金属粉末的熔点不低于聚合物熔点或软化温度；步骤二：将上述所得到的聚合物/金属复合纤维在溶剂中溶解，将其中的聚合物树脂完全溶解之后分离得到所述超细金属纤维；所述溶剂为可溶解所述聚合物树脂的溶剂。2.根据权利要求1所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤一中当共混物通过挤出机口模进行纵向拉伸时的拉伸比为20-2000。3.根据权利要求2所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤一中当共混物通过挤出机口模进行纵向拉伸时的拉伸比为100-1000。4.根据权利要求3所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤一中当共混物通过挤出机口模进行纵向拉伸时的拉伸比为100-500。5.根据权利要求1所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤一中将金属粉末填充到聚合物树脂时的设备选自挤出机、开炼机或密炼机。6.根据权利要求5所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤一中将金属粉末填充到聚合物树脂时的设备选自挤出机。7.根据权利要求6所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述挤出机为螺杆挤出机。8.根据权利要求7所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。9.根据权利要求1所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述聚合物树脂为热塑性聚合物树脂。10.根据权利要求9所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述热塑性聚合物树脂为聚乳酸、聚酰胺、聚酯、可熔融加工的聚乙烯醇中的至少一种。11.根据权利要求9所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述的热塑性聚合物树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、聚对苯二甲酸乙二醇、聚对苯二甲酸丙二醇酯和可熔融加工的聚乙烯醇中的至少一种。12.根据权利要求11所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述的热塑性聚合物树脂为可熔融加工的聚乙烯醇。13.根据权利要求1所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述金属粉末的体积份数按照聚合物树脂和金属粉末总的体积份数计为小于或等于30％vol。14.根据权利要求13所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述金属粉末的体积份数按照聚合物树脂和金属粉末总的体积份数计为小于或等于15％vol。15.根据权利要求14所述的超细金属纤维的制备方法，其特征在于：所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔金樑，陈刚，张晓红，宋志海，蔡传伦，戚桂村，王亚，赖金梅，李秉海，张红彬，王湘，高建明，蒋海斌，何谷，茹越，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11